Silmän optinen järjestelmä

Ihmissilmä on monimutkainen optinen järjestelmä, joka koostuu sarveiskalvosta, etukammion nesteestä, linssistä ja lasiaisesta. Silmän taittokyky riippuu sarveiskalvon etupinnan, linssin etu- ja takapintojen kaarevuussäteiden suuruudesta, niiden välisistä etäisyyksistä sekä sarveiskalvon, linssin, silmän kammionesteen ja lasiaisen taitekertoimista. Sarveiskalvon takapinnan optista tehoa ei oteta huomioon, koska sarveiskalvokudoksen ja etukammion nesteen taitekertoimet ovat samat (kuten tiedetään, säteiden taittuminen on mahdollista vain eri taitekertoimien omaavien väliaineiden rajapinnalla).

Perinteisesti voidaan olettaa, että silmän taittopinnat ovat pallomaiset ja niiden optiset akselit ovat samat, eli silmä on keskitetty järjestelmä. Todellisuudessa silmän optisessa järjestelmässä on paljon virheitä. Siten sarveiskalvo on pallomainen vain keskialueella, linssin ulkokerrosten taitekerroin on pienempi kuin sisäkerrosten, ja säteiden taittumisaste kahdessa keskenään kohtisuorassa tasossa ei ole sama. Lisäksi eri silmien optiset ominaisuudet vaihtelevat merkittävästi, eikä niitä ole helppo määrittää tarkasti. Kaikki tämä vaikeuttaa silmän optisten vakioiden laskemista.

Minkä tahansa optisen järjestelmän taittovoiman arvioimiseksi käytetään tavanomaista yksikköä - diopteria (lyhennettynä - dptr). Yhdelle dptr:lle otetaan linssin teho, jonka pääpolttoväli on 1 m. Diopteri (D) on polttovälin (F) käänteisarvo:

D=1/F

Siksi linssin, jonka polttoväli on 0,5 m, taitekerroin on 2,0 dptrs, 2 m - 0,5 dptrs jne. Kuperien (konvergoituvien) linssien taitekerroin on merkitty plusmerkillä, koveroiden (hajaantuvien) linssien miinusmerkillä, ja itse linssejä kutsutaan vastaavasti positiivisiksi ja negatiivisiksi.

Positiivisen linssin erottamiseksi negatiivisesta on yksinkertainen menetelmä. Tätä varten sinun on asetettava linssi muutaman senttimetrin etäisyydelle silmästä ja siirrettävä sitä esimerkiksi vaakasuunnassa. Kun katsot kohdetta positiivisen linssin läpi, sen kuva liikkuu linssin liikkeeseen nähden vastakkaiseen suuntaan ja negatiivisen linssin läpi päinvastoin samaan suuntaan.

Silmän optiseen järjestelmään liittyvien laskelmien suorittamiseksi ehdotetaan yksinkertaistettuja kaavioita, jotka perustuvat suuren määrän silmiä mittaamalla saatujen optisten vakioiden keskiarvoihin.

Menestyksekkäin on V. K. Verbitskyn vuonna 1928 ehdottama kaavamainen pelkistetty silmä. Sen pääominaisuudet ovat: päätaso koskettaa sarveiskalvon kärkeä; jälkimmäisen kaarevuussäde on 6,82 mm; etu-taka-akselin pituus on 23,4 mm; verkkokalvon kaarevuussäde on 10,2 mm; silmänsisäisen väliaineen taitekerroin on 1,4; kokonaistaitevoima on 58,82 dioptria.

Kuten muutkin optiset järjestelmät, silmä on alttiina erilaisille aberraatioille (latinasta aberratio - poikkeama) - silmän optisen järjestelmän vioille, jotka johtavat kohteen kuvan laadun heikkenemiseen verkkokalvolla. Palloaberraation vuoksi pistemäisestä valonlähteestä lähtevät säteet eivät keräänny pisteestä, vaan tietylle vyöhykkeelle silmän optisella akselilla. Tämän seurauksena verkkokalvolle muodostuu valonsirontaympyrä. Tämän vyöhykkeen syvyys "normaalilla" ihmissilmällä vaihtelee 0,5 - 1,0 dioptrian välillä.

Kromaattisen aberraation seurauksena spektrin lyhytaaltoisen osan (sinivihreän) säteet leikkaavat silmässä lyhyemmällä etäisyydellä sarveiskalvosta kuin spektrin pitkäaaltoisen osan (punaisen) säteet. Näiden säteiden polttopisteiden välinen etäisyys silmässä voi olla jopa 1,0 dioptria.

Lähes kaikissa silmissä on toinen poikkeama, joka johtuu sarveiskalvon ja linssin taittopintojen epäideaalisesta pallomaisuudesta. Esimerkiksi sarveiskalvon asfäärisyys voidaan poistaa hypoteettisen levyn avulla, joka sarveiskalvolle asetettuna muuttaa silmän ihanteelliseksi pallomaiseksi järjestelmäksi. Pallomaisuuden puuttuminen johtaa valon epätasaiseen jakautumiseen verkkokalvolla: valopiste muodostaa verkkokalvolle monimutkaisen kuvan, josta voidaan erottaa maksimaalisen valaistuksen alueet. Viime vuosina tämän poikkeaman vaikutusta maksimaaliseen näöntarkkuuteen on tutkittu aktiivisesti myös "normaaleissa" silmissä sen korjaamiseksi ja niin sanotun valvonnan saavuttamiseksi (esimerkiksi laserin avulla).

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Silmän optisen järjestelmän muodostuminen

Eri eläinten näköelinten tarkastelu ekologisesta näkökulmasta todistaa taittumisen adaptiivisen luonteen eli silmän muodostumisen optiseksi järjestelmäksi, joka tarjoaa kyseiselle eläinlajille optimaalisen näkökyvyn sen elintoimintojen ja elinympäristön ominaisuuksien mukaisesti. Ilmeisesti ei ole sattumaa, vaan historiallisesti ja ekologisesti ehdollistunutta, että ihmisillä on pääasiassa lähellä emmetropiaa oleva taittokyky, joka parhaiten varmistaa sekä kaukaisten että lähellä olevien kohteiden selkeän näön heidän toimintansa monimuotoisuuden mukaisesti.

Useimmilla aikuisilla havaittu taittumisen säännöllinen lähestymistapa emmetropiaan ilmenee silmän anatomisten ja optisten komponenttien välisenä korkeana käänteisenä korrelaationa: silmän kasvuprosessissa ilmenee taipumus yhdistää optisen laitteen suurempi taitevoima lyhyempään etu-taka-akseliin ja päinvastoin pienempi taitevoima pidempään akseliin. Näin ollen silmän kasvu on säädelty prosessi. Silmän kasvua ei tule ymmärtää yksinkertaisena sen koon kasvuna, vaan silmämunan suunnattuna muodostumisena monimutkaiseksi optiseksi järjestelmäksi ympäristöolosuhteiden ja perinnöllisen tekijän vaikutuksen alaisena lajin ja yksilöllisten ominaisuuksien kanssa.

Kahdesta komponentista - anatomisesta ja optisesta, joiden yhdistelmä määrää silmän taittumisen, anatominen on huomattavasti "liikkuvampi" (erityisesti etu-taka-akselin koko). Pääasiassa sen kautta toteutuvat kehon säätelyvaikutukset silmän taittumisen muodostumiseen.

On todettu, että vastasyntyneiden silmillä on yleensä heikko taittokyky. Lasten kehittyessä taittokyky lisääntyy: hypermetropian aste pienenee, heikko hypermetropia muuttuu emmetropiaksi ja jopa myopiaksi, emmetrooppiset silmät muuttuvat joissakin tapauksissa likinäköisiksi.

Lapsen kolmen ensimmäisen elinvuoden aikana silmä kasvaa voimakkaasti, ja sarveiskalvon taittuminen ja etu-taka-akselin pituus kasvavat. 5–7 vuoden ikään mennessä silmän taittuminen on 22 mm eli noin 95 % aikuisen silmän koosta. Silmämunan kasvu jatkuu 14–15 vuoden ikään asti. Tässä iässä silmän akselin pituus lähestyy 23 mm:ä ja sarveiskalvon taittokyky on 43,0 dioptriaa.

Silmän kasvaessa sen kliinisen taittumisen vaihtelevuus vähenee: se kasvaa hitaasti eli siirtyy kohti emmetropiaa.

Lapsen ensimmäisinä elinvuosina vallitseva taittovirhe on kaukotaitto. Iän myötä kaukotaittoisuuden esiintyvyys vähenee, kun taas emmetrooppinen taittovirhe ja likinäköisyys lisääntyvät. Likinäköisyyden esiintyvyys kasvaa erityisen huomattavasti 11–14 vuoden iässä ja saavuttaa noin 30 %:n tason 19–25 vuoden iässä. Kaukotaittoisuuden ja emmetropian osuus tässä iässä on noin 30 % ja 40 %.

Vaikka eri kirjoittajien antamat määrälliset indikaattorit yksittäisten silmän taittumistyyppien esiintyvyydestä lapsilla vaihtelevat merkittävästi, edellä mainittu yleinen silmän taittumisen muutosmalli iän myötä säilyy.

Tällä hetkellä yritetään määrittää lasten silmien taittumisen keskimääräisiä ikänormeja ja käyttää tätä indikaattoria käytännön ongelmien ratkaisemiseen. Tilastotietojen analyysin mukaan samanikäisten lasten taittumisen suuruuden erot ovat kuitenkin niin merkittäviä, että tällaiset normit voivat olla vain ehdollisia.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]